乌忠理++刘春林++李杰
摘 要：介绍了S-Zorb装置再生器取热系统存在的问题，延安石油化工厂针对存在的问题进行了分析，并进行了改造，改造后三年来，装置运行平稳，实现了预期目的。
关键词：S-Zorb装置；再生器取热；氮气取热
中图分类号：TE624.5+1 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）20-0115-02
目前我国炼油工业石油产品质量标准逐步升级，S-Zorb汽油吸附脱硫技术已成为降低汽油硫含量最为有效的手段之一。文章介绍了S-Zorb装置的反应、吸附剂再生原理，解决了再生器取热系统存在的问题。
1 S-Zorb工艺原理及特点
1.1 反应原理
汽油精制装置采用美国ConocoPhillips公司的第二代S-Zorb技术[1]（中国石化2007年整体收购了该技术），该技术运用吸附原理，采用主要组成为氧化锌、氧化镍以及一些硅铝组分的吸附剂，在S-Zorb脱硫过程中，气态烃与吸附剂接触后含硫化合物被吸附在吸附剂上，在吸附剂的作用下C-S键断裂，硫原子从含硫化合物中去除并留在吸附剂上，而烃分子则返回到烃气流中。该过程在反应气相中不产生H2S，从而避免了H2S与烯烃反应生成硫醇而造成产品硫含量和氢耗的增加。
1.2 S-Zorb工艺的特点
（1）吸附剂通过闭锁料斗控制，在反应器、再生器间循环，再生器需要不间断运行，再生器停运后，反应器仅能保证数小时产品合格。（2）吸附剂载碳形式不同，烧碳温度不同，且再生温度低于510℃时，会增加硫氧化物的生成；当再生温度超过530℃时，接近再生器钢材承受极限；目前再生温度操作范围一般在510-530℃。（3）再生器温度需要平稳控制，避免取热盘管管壁温度频繁升降，造成吸附剂再生不平稳。
2 再生器运行中存在的问题
装置试车成功后，出现的问题：（1）再生器温度波动大，造成吸附剂再生不平稳。（2）根据国内同类装置经验，运行三年以上，80%以上会发生取热盘管泄漏，热水进入再生器，吸附剂失活，严重时堵塞管道、再生器，装置需停工处理。（3）装置设计消耗吸附剂60-90吨/年，按照国内单耗平均水平计算，延安石油化工厂180万吨/年汽油精制装置吸附剂消耗量约54吨/年，延安石油化工厂希望降低吸附剂消耗。（4）氮气电加热器满负荷运行，加热后热氮温度约为140℃，不能满足使用需求（设计要求达到200℃）。
针对以上问题，延安石油化工厂积极开展技术攻关，提出了对再生器取热系统进行改造，用氮气取代热水对再生系统取热。
3 解决的方案及效果
3.1 分析过程
（1）再生器温度波动大，分析认为：1）本装置原料硫含量低，烧焦过程放热量少。2）水比热较大，水循环取热时，较小的变化，即能引起再生器温度较大的变化。（2）再生器取热盘管易泄漏，分析认为：1）用水取热时，水—汽的相变过程，易對取热盘管的薄弱环节造成冲击。2）再生器内吸附剂是流化状态，对取热盘管冲刷磨损。（3）本装置设计消耗吸附剂60-90吨/年，2014年1月至4月份，装置实际消耗吸附剂约2.5吨/月。延安石油化工厂经分析，认为除氧水取热时，取热盘管处吸附剂温度快速降低，温度变化梯度大，是吸附剂破损的主要原因之一。
3.2 解决思路
采用氮气作为取热介质：（1）可以平稳控制取热介质流量，平稳控制取热量；（2）取热盘管内不存在相变过程，且气相介质热传导速度慢，取热管管壁内外温差相对较小；（3）氮气取热，热传导慢，取热均匀，再生器内与取热盘管接触的吸附剂温度变化梯度小，降低了吸附剂破损率；（4）氮气取热后，可提高氮气电加热器入口氮气温度。
吸附剂流化冲刷取热盘管，采用其它方式缓解。
3.3 解决方案
图1所示，我车间对再生器取热系统进行技术改造，从氮气电加热器前引出氮气，配管至再生器取热盘管进口，取热盘管出口配管返回氮气电加热器进口，氮气引出点与返回点间增加阀门控制，实现利用氮气给再生器取热。
3.4 改造后运行效果
（1）延安石油化工厂180万吨/年汽油精制装置于2013年12月试车成功，2014年4月对再生器取热系统进行了改造，截止2016年12月份，再生器温度控制平稳，取热系统运行良好，未发现泄漏现象，避免了非计划停工，装置实现了长周期运行（氮气取热工况下，即使发生再生器取热盘管泄漏，泄漏进再生器的介质为氮气，再生器内原本为氧、氮环境，吸附剂及再生器运行不会受到任何影响）。（2）装置设计消耗吸附剂60-90吨/年，按照国内同类装置平均剂耗计算，本装置消耗54吨/年。装置于2013年12月份开工，改造前仅运行了4个月，系统内吸附剂全部是新吸附剂，每月消耗吸附剂2.5吨左右，改造后至今，已运行3年，每年消耗吸附剂15吨以下。即采用氮气取热后，降低了吸附剂破损概率，每年可降低至少20吨吸附剂消耗，可节约费用440多万元。（3）再生器取热后的氮气进入氮气电加热器前利用，氮气电加热器功率自30KWa降至约10KWa，氮气电加热器出口温度达到200℃以上，解决了氮气电加热器出口温度达不到使用要求的问题。（4）停运了热水循环泵、注剂设施，降低了电耗、水耗及磷酸三钠消耗，同时减少废水排放，实现了节能降耗，产生可观的环境效益。
4 改造前后效益分析
4.1 改造成本
本次改造成本较低，主要包括材料费1.48万元、施工费按照1万元估算，合计改造成本约2.48万元。
4.2 间接效益
（1）因再生器下部直径较小，仅700mm，内部盘管焊接较困难，取热盘管破损后，更换取热盘管施工难度大。有时甚至需要整体更换再生器取热段。采用氮气取热后，延长了再生器取热盘管寿命，即相当于延长了再生器寿命，实现了装置的长周期运行；（2）再生器取热盘管发生泄漏初期较难发现，当发现时，吸附剂已大量失活，需要置换吸附剂。泄漏一次按照置换藏量的50%估算，需要20吨吸附剂，仅吸附剂成本约460万；（3）在取热盘管微漏的情况下，泄漏进再生器的物质为氮气而不是水蒸汽，进而防止吸附剂和泥堵塞，避免无准备情况下的被迫停工。（4）再生器氮气取热改造两年以来，再生器运行平稳，取热盘管完好。
4.3 直接效益
通过改造，再生器温度控制平稳，吸附剂破损概率降低，实现每年降低吸附剂消耗20吨，每吨吸附剂成本约22万元，即每年可节约成本440万元。改造后，停运热水循环泵、注剂泵、降低了氮气电加热器功率，每小时节电约25千瓦，节约除氧水约1吨；可节约成本：（25千瓦时×0.5元/千瓦时+1吨×19元/吨）×8000时/年=25.2万元/年。（每吨除氧水按照19元计算，每千瓦时电按照0.5元计算）。
5 遗留问题
本装置原料硫含量较低，如原料硫含量增加，再生器取热量增加，氮气取热需要进一步改进。
6 结语
本装置再生器氮气取热改造，采用了气体作为取热介质，可为设计单位提供设计思路，在设计新装置时，可考虑采用气相介质取热。
参考文献
[1]侯晓明，庄剑.S Zorb催化汽油吸附脱硫装置技术手册[M].北京：中国石化出版社，2013.endprint
